【正文】 2 LTE系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu) 演進(jìn)后的接入網(wǎng) EUTRAN 和演進(jìn)后的核心網(wǎng) EPC 在 LTE 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中承擔(dān)著彼此獨立的功能， EUTRAN 由唯一的 eNodeB 功能實體組成，而 EPC 分別由MME 和 SGW 兩個功能實體組成。 SGW 處理用戶平面功能，主要包括： 1) 終止因為尋呼產(chǎn)生的用戶平面數(shù)據(jù)； 2) 支持 UE 移動性的用戶平面切換； 3) 合法監(jiān)聽； 4) 分組數(shù)據(jù)的路由與轉(zhuǎn)發(fā)； 5) 傳輸層分組數(shù)據(jù)的標(biāo)記； 6) 運(yùn)營商計費的數(shù)據(jù)統(tǒng)計； 7) 用戶計費。無線接口協(xié)議主要用來建立、重配置和釋放各種無線承載業(yè)務(wù)。 數(shù)據(jù)鏈路層包括三個子層，分別是媒體接入控制子層（ MAC， Medium Access control） 、無線鏈路控制子層（ RLC， Radio Link Control）和分組數(shù)據(jù)匯聚協(xié)議（ PDCP， Packet Data Convergence Protocol）三個子層。將非接入層（ NAS，NonAccess Stratum）協(xié)議顯示在這里，只是為了說明它是 UEEPC 通信的一部分。 在 LTE 系統(tǒng)中，控制平面 RRC 協(xié)議數(shù)據(jù)的加解密和完整性保護(hù)功能 ，由數(shù)據(jù)鏈路層的 PDCP 子層完成。 TDLTE 原理及關(guān)鍵技術(shù) 12 用戶平面協(xié)議棧 用戶平面協(xié)議主要為數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議（ MAC、 RLC、 PDCP）和物理層協(xié)議。 eNBPHYUEPHYMA CRLCMA CPDCPPDCPRLC 圖 5 無線接口用戶平面協(xié)議棧結(jié)構(gòu) S1 接口 S1 接口是 MME/SGW 網(wǎng)關(guān)與 eNodeB 之間的接口， S1 接口與 3G UMTS 系統(tǒng) Iu接口的不同之處在于， Iu接口連接包括 3G 核心網(wǎng)的 PS 域和 CS 域， 而 LTE系統(tǒng)中 S1 接口只支持 PS 域。 S1 接口 用戶 平 面無線網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議 具有如下 功能： 1) 在 S1 接口目標(biāo)節(jié)點中指示數(shù)據(jù)分組所屬的 SAE 接入承載； 2) 移動性過程中盡量減少數(shù)據(jù)的丟失； 3) 錯誤處理機(jī)制； 4) MBMS 支持功能； 5) 分組丟失檢測機(jī)制； S1 接口控制面 S1 接口控制平面位于 eNodeB 和 MME 之間，傳輸網(wǎng)絡(luò)層是利用 IP 傳輸，這點類似于用戶平面；為了可靠的傳輸信令消息，在 IP 層 之上添加了 SCTP；應(yīng)用層的信令協(xié)議為 S1AP。 TDLTE 原理及關(guān)鍵技術(shù) 15 X2 接口用戶平面 X2 接口用戶平面提供 eNodeB 之間的用戶數(shù)據(jù)傳輸功能。 圖 9 X2接口控制平面協(xié)議棧結(jié)構(gòu) TDLTE 原理及關(guān)鍵技術(shù) 16 X2 接口應(yīng)用層協(xié)議 X2AP 具有如下 功能： 1) 支持 LTE_ACTIVE 狀態(tài)下 UE 的 LTE 接入系統(tǒng)內(nèi)的移動性管理功能； 2) X2 接口自身的管理功能，如錯誤指示等； 3) 上行負(fù)荷管理功能。 這些頻段中，中國移動采用 B38以及 B39來實施室外覆蓋， B40來實施室內(nèi)覆蓋。 LTE 的標(biāo)準(zhǔn)演進(jìn)路線 隨著移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的大量應(yīng)用以及新業(yè)務(wù)種類的出現(xiàn)，對移動通信網(wǎng)絡(luò)性能和質(zhì)量方面的要求越來越高。為了實現(xiàn)這些目標(biāo)，一系列新的技術(shù)和手段都逐步被引入到通信系統(tǒng)中，如高階調(diào)制、多天線技術(shù)、新的無線接入方式等，也正是這些新的技術(shù)點帶來了通信標(biāo)準(zhǔn)的迅速發(fā)展， LTE就是面向長期演進(jìn)的體系和網(wǎng) 絡(luò)，它實際上并不是一個標(biāo)準(zhǔn)，但是它導(dǎo)致了 3G標(biāo)準(zhǔn)的全面演進(jìn)。 CDMA采用碼分復(fù)用方式，雖然 2G時代的 CDMA標(biāo)準(zhǔn)成熟較晚，但是它具有抗干擾能力強(qiáng)、頻譜效率高等技術(shù)優(yōu)勢，所以 3G標(biāo)準(zhǔn)中的 WCDMA、TDSCDMA和 CDMA2020都普遍采用了 CDMA技術(shù)。 圖 11 3G三大 標(biāo)準(zhǔn)最終演進(jìn)路線 TDLTE 原理及關(guān)鍵技術(shù) 19 2 TDLTE 核心技術(shù) LTE 主要有兩個核心技術(shù)，一是 OFDM 技術(shù)，另一個是 MIMO 技術(shù)。但是 OFDM 技術(shù)也存在一定的缺陷，首先對頻率偏移敏感，對同步技術(shù)的要求較高，其次， OFDM 信號的峰均比大，對系統(tǒng)中的非線性敏感。為了解決這個問題，在每個 OFDM 符號前插入保護(hù)間隔，即循環(huán)前綴，它是由 OFDM 符號進(jìn)行周期擴(kuò)展得到的。根據(jù)具體場景進(jìn)行選擇 CP，一般普通 CP 方案為基本選擇，增強(qiáng)型 CP 方案用于支持 LTE大范圍小區(qū)覆蓋和多小區(qū)廣播業(yè)務(wù)。目前，考慮采用的發(fā)射分集方案包括基于碼塊的發(fā)射分集 （ STBC、 SFBC），時間 /頻率轉(zhuǎn)換發(fā)射分集（ TSTD、 FSTD），循環(huán)延遲分集（ CDD），循環(huán)移位 TDLTE 原理及關(guān)鍵技術(shù) 20 分集（ CSD），基于預(yù)編碼向量選擇的預(yù)編碼技術(shù)，其中預(yù)編碼技術(shù)已被確認(rèn)為多用戶 MIMO 的傳輸方式。為了實現(xiàn)該目標(biāo)，在 3G 原有的 QPSK、 16QAM 的基礎(chǔ)上， LTE 系統(tǒng)新增加了 64QAM 高階調(diào)制。正交信號可以通過在接收端采用相關(guān)技術(shù)來分開，這樣可以減少子信道之間的相互干擾 ICI。 1966 TDLTE 原理及關(guān)鍵技術(shù) 21 年， Robert W. Change 第一次提出了一種在有限帶寬下并行傳輸多個數(shù)據(jù)流，并確保各數(shù)據(jù)流間的無符號間干擾（ ISI， InterSymbol Interference）和無載波間干擾（ ICI， InterCarrier Interference）的并行信號傳輸方式，并于 1970 年獲得了OFDM 的第一個專利。一個是在 1971年 Weinstein和 Ebert提出了采用離散傅里葉變換（ DFT， Discrete Fourier Transform）進(jìn)行 OFDM 信號的調(diào)制和解調(diào)，使得 OFDM 各子載波信號的生成只需要一個信號振蕩器，從而使得 OFDM 調(diào)制的實現(xiàn)更為簡單。相比原有的在 OFDM 符號間插入空時隙保護(hù)間隔方法，插入循環(huán)前綴方式使得 OFDM 符號在接收處理時，信道實現(xiàn)類似于一個具有循環(huán)卷積特性的信號。傳統(tǒng)的FDMA 多 址方式中，各子載波間通過一定的頻率間隔來避免載波間的干擾。以 OFDM 發(fā)射端為例，首先對發(fā) 送信號進(jìn)行信道編碼并交織，然后將交織后的數(shù)據(jù)比特進(jìn)行串 /并轉(zhuǎn)換，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制后映射到 OFDM 符號的各子載波上；將導(dǎo)頻符號插入到相應(yīng)子載波后，對所有子載波上的符號進(jìn)行傅里葉反變換生成時域信號，并對其進(jìn)行并 /串變換；在每個 OFDM 符號前插入 CP 后，進(jìn)行數(shù) /模轉(zhuǎn)換并上變頻到發(fā)射頻帶上進(jìn)行信號發(fā)送。 同時，由于具有良好的多址正交性，保證較低的用戶間干擾，以 OFDM 為調(diào)制多址方式的系統(tǒng)具有更高的頻譜效率。對于 OFDM 多址的符號調(diào)制方式，數(shù)據(jù)并行的在多個窄帶子載波上進(jìn)行傳輸。由于采用了傅里葉變換的實現(xiàn)方式，采用OFDM 多址方式的系統(tǒng)，其帶寬可擴(kuò)展性非常靈活。采用 OFDM 調(diào)制，將使得 MIMO 技術(shù)實現(xiàn)更為簡單，為 MIMO 技術(shù) 在寬帶系統(tǒng)中 的應(yīng)用 提供 了 重要保證。 OFDM 的資源分配方式，使其在頻域資源劃分的顆粒度更為精細(xì)，并使得相關(guān)帶寬內(nèi)的傳輸數(shù)據(jù)與信道狀態(tài)更好的匹配，可讓用戶選擇信道條件更好的頻域資源塊進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送，從而更有效的利用鏈路自適應(yīng)技術(shù)提升系統(tǒng)性能。對于多小 區(qū)MBMS 業(yè)務(wù)， 不同地理位置的多個基站同時發(fā)送相同數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，終端對信號進(jìn)行合并接收。當(dāng) N 個具有相同相位的信號疊加在一起時，峰值功率是平均功率的 N 倍。（ 360km/h速度 ， 3GHz頻率多普勒頻移 1kHz） ? 時間偏移會導(dǎo)致 OFDM 子載波的相位偏移大?？赡艿慕鉀Q方案包括加擾、小區(qū)間頻域協(xié)調(diào)、干擾消除、跳頻等。 此外， TDLTE 的調(diào)制在時間上以 1ms 子幀為單位，即不同的子幀可以進(jìn)行不同的分配。 15kHz可以滿足 LTE 對高移動性（ 350km/h，最高500km/h）的需求而不采用閉環(huán)的頻率修正算法，以降低實現(xiàn)的復(fù)雜度。 此外， TDLTE 系統(tǒng)還支持多小區(qū)的廣播傳輸模式，即所謂的 MBSFN（ Multimedia Broadcast Single Frequency Network），允許用戶同時接收多小區(qū)發(fā)送的信號進(jìn)行合并處理以提高傳輸性能。但設(shè)計參數(shù)時考慮兼容，因此在標(biāo)準(zhǔn)中最小的時間單位定義為 Ts=1/，這里主要的考慮是后向兼容 UMTS 的 的碼片速率。這是因為多載波系統(tǒng)每個載波的信息可能會在時域進(jìn)行疊加，導(dǎo)致很高的 PAPR，這一方面對信號發(fā)送端的功放提出了很高的要求，同時也犧牲了信號的發(fā)射功率。 DFTSOFDM 是一種特殊的 OFDMA 系統(tǒng)，其多用戶子載波的映射在頻域上完成，它將傳輸帶寬分為正交的子載波集合，將不同的子載波集合分配給不同的用戶，從而在多用戶 TDLTE 原理及關(guān)鍵技術(shù) 27 之間靈活的共享系統(tǒng)傳輸帶寬，同時由于信號在頻域的正交性，避免了系統(tǒng)中的用戶間多址干擾。 MIMO 多天線技術(shù)是移動通信領(lǐng)域中無線傳 輸技術(shù)的重大突破。 空間分集的主要原理是利用空間信道的弱相關(guān)性，結(jié)合時間 /頻率上的選擇性，為信號的傳遞提供更多的副本，提高信號傳輸?shù)目煽啃?，從而改善接收信號的信噪比? TDLTE 原理及關(guān)鍵技術(shù) 28 波束賦形是一種應(yīng)用于小間距天線陣列的多天線傳輸技術(shù)，其主要原理是利用空間信道的強(qiáng)相關(guān)性，利用波的干涉原理產(chǎn)生強(qiáng)方向性的方向圖，從而提高信噪比，增加系統(tǒng)容量或覆蓋范圍。 空頻分組編碼（ SpaceFrequency Block Coding， SFBC）與 STBC 類似，只是編碼不是在空間 /時間域，而是在空間 /頻率域上進(jìn)行。 b) 時間 /頻率切換分集 簡單地講，天線切換分集技術(shù)是指發(fā)射端存在多根天線時，從時間或頻率上按照一定的順序依次選擇其中一根天線進(jìn)行傳輸?shù)募夹g(shù)。因此， CDD 技術(shù)尤其適用于 OFDM、 DFTSOFDM 等基于數(shù)據(jù)塊的傳輸方案。目前 LTE 系統(tǒng)定義了大延遲 CDD 技術(shù)與預(yù)編碼相結(jié)合使用的方案?？臻g復(fù)用還可用于多用戶場景，也即空分多址（ SDMA）。在發(fā)射端，利用已知的空間信道進(jìn)行預(yù)處理操作，從而進(jìn)一步提高用戶和系統(tǒng)的吞吐量。 對于基于碼本的預(yù)編碼方式，預(yù)編碼矩陣在接收端獲得，接收端利用預(yù)測的信道狀態(tài)信息，在預(yù)定的預(yù)編碼矩陣碼本中進(jìn)行預(yù)編碼矩陣的選擇，并將選定的預(yù)編碼矩陣的序列號反饋至發(fā)射端。波束賦形技術(shù)主要用于提高小區(qū)邊界處用戶的速率，能夠極大增加扇區(qū)容量。因此，在進(jìn)行波束賦形時，可以不利于終端來反饋所需信息，來波方向和路損信息可以在基站側(cè)通過測量上行接收信號獲得，并且不要求上行使用多根天線進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送。 ? 模式 7（ TM7）：無需碼本的波 束賦形，適用于 TDD，由于 TDD 上下行是在同一頻點，所以可以根據(jù)上行推斷出下行，無需碼本和反饋， FDD由于上下行不同頻點所以不能使用。因此，在 LTE 系統(tǒng)中，十分重視小區(qū)間干擾問題的解決。 1) 小區(qū)間干擾隨機(jī)化 TDLTE 原理及關(guān)鍵技術(shù) 32 小區(qū)間干擾隨機(jī)化就是要將干擾信號隨機(jī)化，這種隨機(jī)化不能降低干擾的能量，但是能夠通過加擾的方式將干擾信號隨機(jī)化為“白噪聲”，從而抑制小區(qū)間干擾，因此又稱為“干擾白化” ，或者加擾 。 還有一種隨機(jī)化解決干擾的方式就是跳頻，這個也是 2G時代就有的技術(shù)了，通過跳頻避免了同一頻率上的干擾。 IRC是一種最簡單的干擾消除技術(shù)，它不依賴于任何額外的發(fā)射端配置，只是利用從兩個相鄰小區(qū)到 UE 的空間信道差異區(qū)分服務(wù)小區(qū)和干擾小區(qū)的信號。 靜態(tài)干擾協(xié)調(diào)通常通過預(yù)配置或者網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的方法，限定各個小區(qū)的資源調(diào)度和分配策略，避免小區(qū)之間的干擾。 TDLTE 原理及關(guān)鍵技術(shù) 33 動態(tài)干擾協(xié)調(diào)為小區(qū)間實時動態(tài)的進(jìn)行協(xié)調(diào)調(diào)度，降低小區(qū)間干擾的方法。 TDLTE 系統(tǒng)中常用的干擾協(xié)調(diào)技術(shù)有靜態(tài)的部 分頻率復(fù)用技術(shù)（ FFR）和半靜態(tài)小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)技術(shù)（ ICIC）。 EUTRAN 系統(tǒng)的 ICIC 技術(shù)在基站間交互小區(qū)負(fù)載信息，通過調(diào)整中心和邊緣用戶的頻率資源分配，以及功率大小來協(xié)調(diào)干擾，提高邊緣用戶性能。OI 參數(shù)用來指示本小區(qū)每個 PRB 上的干擾情況，分為高、中、低三個等級，鄰小區(qū)收到 OI 指示后需要在相應(yīng)的 PRB 上進(jìn)行干擾功率調(diào)整和用戶調(diào)度調(diào)整。由于無線信道的變化性，接收端接收到的信號質(zhì)量也是一個隨著無線信道變化的變量，如何有效利用信道的變化性，如何在有限的帶寬上最大限度的提高數(shù)據(jù)傳輸速率，從而最大限度的提高頻帶利用效率，逐漸成為移動通信的研究熱點。 通常情況下，鏈路自適應(yīng)技術(shù)主要包含以下幾個方面： 1) 自適應(yīng)調(diào)制與編碼技術(shù)，根據(jù)無線信道的變化調(diào)整系統(tǒng)傳輸?shù)恼{(diào)制方式和 編碼速率，在信道條件比較好時，提高調(diào)制等級以及編碼速率，在信道條件比較差時，降低調(diào)制等級以及信道編碼速率。 鏈路自適應(yīng)技術(shù)作為一種有效的提高無線通信傳輸速率、支持多種業(yè)務(wù)不同QoS 需求以及提高無線通信系統(tǒng)的頻譜利用率的手段，在各種移動通信系統(tǒng)中都得到了廣泛的應(yīng)用。例如，對于靠近小區(qū)基站的用戶將分配較高碼率、較高階的調(diào)制（例如 64QAM， R=3/4 Turbo 碼）；對于靠近小區(qū)邊界的用戶則分配具有較低碼率的較低階調(diào)制（例如 QPSK， R=1/2 Turbo 碼）。 1)